Ei kauan sitten insinööri kysyi minulta:
Heillä on POM-vaihde, ja alkuperäinen validointiprosessi on edennyt sujuvasti.
Suoritettiin kaksi kulumistestiä, jotka paljastivat minimaaliset mittamuutokset ja erinomaisen pinnan kunnon, mikä vahvisti, että materiaalissa ei ole merkittäviä kulumisongelmia.
Kuitenkin viimeaikaisissa koneen koko{0}}elinikätesteissä, jotka suoritettiin noin 200 000 syklin saavuttamisen jälkeen, useissa näytteissä havaittiin hampaiden katkeamista huomattavan yhtenäisissä paikoissa.
Yhteisössä käydään tällä hetkellä keskustelua: jotkut pitävät sitä prosessointirasituksena, toiset rakenteellisten suunnitteluvirheiden vuoksi, kun taas toiset epäilevät materiaalierien vaihtelua.
Hän esitti erittäin hyvän kysymyksen-
Jos materiaalissa todella oli ongelmia, miksi edellinen kulumistesti tuotti niin erinomaisia tuloksia?
Tämä on itse asiassa hyvin yleinen ongelma, ja monet joukkueet joutuvat siihen.
Se, mihin se todella viittaa, ei ole tietty parametripoikkeama, vaan pikemminkin perustavanlaatuinen kognitiivinen väärinkäsitys.
Miksi materiaali, jolla on erinomainen kulutuskestävyys, tulee alttiimmaksi väsymisvaurioille todellisissa{0}}käyttöolosuhteissa?
01
Monet ihmiset ymmärtävät "ongelman tyypin" väärin alusta alkaen.
Kun useimmat ihmiset kohtaavat kuvauksen "vähäinen kuluminen + myöhempi murtuma", heidän ensimmäinen reaktionsa on tunnistaa poikkeavuus.
Onko tämä materiaalierä epävakaa? Onko käsittelyssä ongelmia? Vai ovatko testiolosuhteet ristiriidassa?
Mutta jos ratkaiset ongelman, ymmärrät, että...
Kuluminen ja väsymys eivät ole pohjimmiltaan sama asia.
Kuluminen on pohjimmiltaan pintailmiö.
Voit ajatella sitä materiaalin pinnan jatkuvana "leikkauksena" ja "naarmuuntumisena".
Mitä materiaaleja tarvitaan kestämään tämä prosessi?
Se on yksinkertainen: kova, tiheä ja vaikea leikata läpi.
Lainaus: Hankauskulumismekanismien tutkimus ja ominaisuudet
Kuten näet, monilla kulumista{0}}kestävällä materiaalilla on seuraavat ominaisuudet:
Korkea kiteisyys
Korkea moduuli
Matala pintaenergia (voitelukomponenteilla)
Toisin sanoen kulumistestit seuraavat:
Kestääkö pinta ulkoisia vaurioita?
Mutta väsymys noudattaa täysin eri logiikkaa.
Väsymistä tapahtuu materiaalin sisällä ja se on kumulatiivinen prosessi.
Jokainen vaihteen kytkeminen on pohjimmiltaan pieni taivutuksen ja venytyksen sykli.
Se sopii yhteen katselukertaan, mutta ongelma on...
Tämä toimenpide toistetaan satoja tuhansia tai jopa miljoonia kertoja
Mitä materiaalin sisällä tapahtuu tämän prosessin aikana?
Molekyyliketju käy läpi toistuvan venytyksen ja palautumisen.
Paikallisilla alueilla tapahtuu peruuttamatonta muodonmuutosta.
Mikroskooppiset viat kasvavat vähitellen halkeamiksi.
Aluksi et huomaa mitään muutoksia.
Mutta kun halkeama kasvaa tiettyyn kriittiseen kokoon-
Makro ilmentymä on: äkillinen repeämä.
Siksi avainkysymys ei ole "miksi se hajosi", vaan pikemminkin:
"Kulutustestauksen" käyttäminen "väsymys{0}}dominoivan" käyttötilan arvioimiseen alusta alkaen on periaatteessa sopimatonta.
02
Miksi "parempi kulumiskestävyys" johtaa itse asiassa useammin esiintyviin väsymishäiriöihin?
Kun luokittelet ongelmat oikein, huomaat ilmiön, joka uhmaa intuitiota, mutta joka on kuitenkin erittäin yleinen korkean{0}}pistemäärän saaneiden tapausten joukossa:
Monet menetelmät kulutuskestävyyden parantamiseksi vaarantavat olennaisesti materiaalin väsymiskestävyyden.
Tämä ei ole sattumaa; sen määrää rakenne.
1. Mitä korkeampi kiteisyys, sitä vähemmän liikkuvat ketjun osat tulevat.
Miksi materiaalit, kuten POM, PBT ja PET, osoittavat erinomaisen kulutuskestävyyden?
Molekyyliketjut on järjestetty erittäin tiiviiseen ja hyvin{0}}määriteltyyn rakenteeseen.
Ulkopuolisten on erittäin vaikea tunkeutua tähän ympäristöön.
Mutta siinä se ongelma piileekin.
Kun materiaali joutuu jaksoittaiseen rasitukseen, sen on suoritettava yksi tehtävä:
Energiaa vapautuu molekyyliketjujen mikroskooppisen liikkeen kautta.
Korkeakiteisyyden{0}}rakenteen ongelma on kuitenkin seuraava:
Segmentti on sidottu.
Vapaa tilavuus on pieni.
Paikallisesti puskuritilaa ei juuri ole
Tulos on:
Kun ulkoista voimaa käytetään, sillä ei ole paikkaa haihtua,-joten se keskittyy vain tiettyihin ketjun osiin-ja lopulta aiheuttaa pääketjun katkeamisen.
2. Täyteaine usein pahentaa ongelmaa.
Monet formulointiinsinöörit uskovat intuitiivisesti, että:
Kulutuskestävyys → Lisää kovettuva täyteaine
Esimerkiksi lasikuitu, hiilikuitu ja epäorgaaniset jauheet.
Lyhyellä aikavälillä tämä lähestymistapa on järkevä:
Pinta on kovempaa
Parannettu naarmuuntumiskestävyys
Mutta mitä näille elementeille tapahtuu väsymisolosuhteissa?
stressin nostaja
Syy on yksinkertainen:
Hartsi on "muodostuvaa".
Täyte on "periaatteessa ei--muodostuva".
Toistuvassa kuormituksessa näiden kahden komponentin välinen rajapinta kokee merkittävän leikkausjännityksen.
Mitä tapahtuu ajan myötä?
Rajapinnan delaminaatio
Muodosta mikroreiät
Halkeama alkaa levitä täyteaineen reunasta.
Lopuksi, se, mitä havaitset murtumapinnalla, ei ole yhtenäinen murtuma.
Pikemminkin se on tyypillinen sisäisesti kehittyvä väsymishalkeama.
Yhteenvetona tämän osion, se voidaan tiivistää yhteen lauseeseen:
Pyrit tekemään materiaalista "naarmuuntumatonta-kestävämpää" ja "jäykempää", mutta väsymyksenkestävyys edellyttää, että se on "dynaaminen ja kykenevä hajaamaan energiaa".
03
Miten tämä ristiriita voidaan ratkaista insinöörin näkökulmasta?
Valmistettaessa komponentteja, kuten hammaspyöriä, laakereita tai liukuliitoksia, asiakkaiden vaatimukset ovat yleensä yksinkertaisia:
Se ei saa olla vaurioitunut tai rikki!
Joten tässä on ongelma:
Kuinka voimme löytää tasapainon "jäykkyyden" ja "kestävyyden" välillä?
Lähestymistapa 1: Sen sijaan, että lisäät vain kovuutta, keskity ensin kitkan vähentämiseen.
Jos keskität kaikki ponnistelusi "materiaalin leikkauskestävyyden parantamiseen",
Järjestelmää on helppo ohjata "korkea jäykkyys → vähäinen väsymys" -rataa.
Kokeile toista lähestymistapaa:
Sen sijaan, että vastustaisit kitkaa suoraan, vähennä kitkaa.
Miten tämä oikein pitäisi tehdä?
Lisää silikoni{0}}pohjainen voitelufaasi
Lisää ultra-korkean molekyylipainon omaavaa PE-mikro-jauhetta
Itsevoitelujärjestelmän kehittäminen-
Näiden kohteiden ominaisuudet ovat:
✔ Ei merkittävästi lisää moduulia
✔ Se voi kuitenkin muodostaa pinnalle pienen leikkauskerroksen
Tulos on:
Osa ulkoisesta voimasta "luisuu pois" sen sijaan, että "leikataan".
Väsymyksen aiheuttamat vahingot ovat paljon pienempiä.
Lähestymistapa ②: Kehitä "energiankulutusrakenne" sen sijaan, että luottaisi yhteen materiaaliin
Juuri tässä monet muunnoslaitokset osoittavat todellisen teknisen asiantuntemuksensa.
Ydin ei ole "更强", vaan pikemminkin:
Jätä materiaalin sisään tilaa energian haihduttamiseksi.
Tyypillinen lähestymistapa on:
Seosjärjestelmänä, esimerkiksi POM/TPU
POM tarjoaa jäykkyyttä ja kulutuskestävyyttä.
TPU tarjoaa elastisuutta ja energian haihtumista.
Kun halkeama leviää:
Kun joustava vaihe kohdataan...
Energia imeytyy.
Halkeamat passivoituvat tai jopa päätyvät.
Voit uhrata pienen määrän kulutuskestävyyttä.
Tämä kuitenkin pidensi merkittävästi elinajanodotetta väsymyksen vuoksi.
Lähestymistapa 3: Jos budjetti sallii, käytä suoraan oikean rakenteen omaavia materiaaleja.
Jotkut materiaalit ratkaisevat tämän ristiriidan luonnostaan molekyylirakenteensa kautta.
esimerkiksi PEEK.
Sen määrittävä piirre ei ole "yksikään indikaattori, joka olisi erityisen äärimmäinen".
Sen sijaan sillä on samanaikaisesti seuraavat rakenteelliset ominaisuudet:
Jäykät yksiköt (aromaattiset renkaat, ketoniryhmät)
Joustosidos (eetterisidos)
Tulos on:
Sekä vahva että kulutusta-kestävä
osoittaa myös tiettyä segmentaalista liikkuvuutta
Joten löydät sen:
Monet huippuluokan{0}}dynaamiset komponentit (käytetään lento- ja lääketieteellisissä sovelluksissa),
Lopuksi takaisin kierrettyään palaamme näihin materiaaleihin.
Se ei johdu siitä, että se on kallis, vaan koska:
Halpojen materiaalien "rakenneviat" on vaikea kompensoida täysin pelkällä formulaatiolla.
Tämäntyyppisten ongelmien perusongelma ei ole "väärien materiaalien käyttäminen", vaan pikemminkin:
Arviointijärjestelmää on käytetty väärin.
Kuluminen on pintojen välistä energiavuorovaikutusta.
Väsymys on sisäisen energian kertymistä.
Jos keskityt vain yhden mittarin optimointiin TDS:ssä,
On helppo saavuttaa täydellisyyttä yhdessä ulottuvuudessa ja menettää hallinnan kokonaan toisessa.
Todella kokeneet insinöörit eivät keskity "yhden mittarin optimointiin"; sen sijaan ne pyrkivät:
Löydä tasapainopiste jäykkyyden, sitkeyden, kitkan ja energian hajauttamisen välillä, mikä varmistaa pitkän{0}}suorituskyvyn.
Jos olet joskus törmännyt tähän:
Alkutestaus eteni sujuvasti; Tuotteen käyttöikään liittyi kuitenkin ongelmia sen käyttöönoton jälkeen.
Varsinkin se-
Tilanne, jossa "se tuskin tarvinnut hiontaa, mutta silti meni rikki."
Tämä ei todennäköisesti ole sattumaa, vaan tyypillinen väsymyksen{0}}aiheuttama vika.
Katso murtumaa tarkasti mikroskoopilla{0}}vastaus on usein jo olemassa.